粒子成像室及其设计方法
【专利摘要】本发明涉及一种粒子成像室，属于医学体外诊断所使用的影像式粒子分析仪。平直通道壁面和曲面通道壁面和两个侧通道壁面形成流体通道，曲面通道壁面具有圆弧形、余弦函数型和三次以上多项式型的曲面类型，通过调整样本注入管位置使样本液体进入拍摄区域时基本处于流通通道的中心。本发明给出了粒子成像室的设计方法，并通过控制流量使样本液体和鞘液流速相同，有效减小了样本中粒子所受拉伸力和剪切力，并抑制了粒子的翻滚，提高了分析结果的准确性。
【专利说明】粒子成像室及其设计方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及医学体外诊断所使用的影像式粒子分析仪的粒子成像室及其设计方法，尤其是涉及一种使用平面流式成像技术的粒子分析仪的粒子成像室及其设计方法。
【背景技术】
[0002]分析液体样本中的颗粒物的方法和系统，有一种影像式的方法，需要将样本液体送到光学系统的焦平面处，令光学系统能够采集到样本液体中颗粒物的图像。对于显微成像的光学系统，焦平面的厚度非常薄，使用这种方法的装置中，需要使用鞘液包裹样本进入成像区域。
[0003]专利GB2167880A公开了一种用于显微成像的平面层流装置，该装置给出的流体通道，从液体入口到拍摄区域之间有一段厚度变窄，截面积变小，通过这样的几何尺寸变化，使得样本液体的厚度变薄，以适应光学系统的景深。专利CN100472199C公开了一种贯流分析器，利用几何聚焦和线性流速聚焦使得样本流体厚度变薄。这些技术，只针对光学系统的景深，对样本液体的薄厚程度进行研究，而没有对样本粒子的状态进行研究分析。
[0004]专利CN102998243A注意到了这个粒子姿态的问题，并针对这一问题提出了一种解决方法，使用多个鞘液泵对进入粒子成像室的鞘液流量进行分别控制，使样本液体进入成像区时处在通道的中心位置，从而控制粒子姿态。但是这种技术是从泵的流量控制样本液体位置，也就是说只关心成像区的流动结果，而没有研究液体流动的中间过程。
[0005]样本液体在粒子成像室内运动的过程中，会受到周围液体的力的作用，其中有运动方向上的推拉力、垂直于运动方向的剪切力，这些力的作用对于样本液体中的粒子存在影响。在粒子成像室的设计制作过程中，应针对这些力进行优化。
【发明内容】
[0006]本发明提供一种粒子成像室及其设计方法，用于获得被外层液体包裹而引导流动的样本液体中粒子的影像。
[0007]本发明采取的的技术方案是:包括曲面通道壁面、平直通道壁面和两个通道侧壁面所形成的中空的流体通道，鞘液隔离器、样本注入管、第一鞘液注入管、第二鞘液注入管、废液排出管，所述鞘液隔离器，与两个通道侧壁面相连接，所述样本注入管，穿过鞘液隔离器内部，其开口处具有扁平形状，所述第一鞘液注入管，与第二鞘液注入管，分别位于鞘液隔离器的两侧，所述鞘液隔离器两侧的鞘液，一侧为具有第一流量的从第一鞘液注入管注入的鞘液，另一侧为具有第二流量的从第二鞘液注入管注入的鞘液；具有两种流量的鞘液从两侧包夹住从所述鞘液隔离器的开口处流出的样本液体，使样本液体沿着希望的路径运动，进入所述粒子成像室的成像区域。所述曲面通道壁面，具有圆弧型、余弦函数型、三次以上多项式型的曲面类型。
[0008]所述曲面通道壁面采用圆弧型。
[0009]所述第一鞘液注入管、第二鞘液注入管分别用于鞘液注入，使鞘液分别具有第一流量和第二流量，鞘液隔离器用于样本液体的注入，使样本液体具有第三流量，具有第一流量的鞘液和具有第二流量的鞘液分别位于具有第三流量的样本液体两侧。
[0010]该粒子成像室的内腔通道形状经过设计，优化液体运动的加速曲线，能够降低由粒子上游和下游速度差引起的拉伸力，减少样本中粒子的运动损坏。所述粒子成像室包括曲面通道壁面、平直通道壁面和两个通道侧壁面所形成的中空的流体通道，鞘液隔离器、样本注入管、第一鞘液注入管、第二鞘液注入管、废液排出管。所述鞘液隔离器，与两个通道侧壁面相连接，所述样本注入管，穿过鞘液隔离器内部，其开口处具有扁平形状，所述第一鞘液注入管，与第二鞘液注入管，分别位于鞘液隔离器的两侧。所述曲面通道壁面，具圆弧型、余弦函数型、三次以上多项式型的曲面类型，使通道壁面的截面积变化率连续，能够使通道内流动的液体流速变化率连续，不产生突变。
[0011]本发明提高粒子成像质量方法的一个重要方面是，通过控制样本液体和鞘液的流量，减小样本液体与周围的鞘液的速度差，保持样本液体与鞘液流速的一致性，从而减小样本液体和鞘液之间的剪切力，降低系统的势能，同时减少样本液体中粒子的卷曲、弯折等情况的发生，提高粒子成像的质量。
[0012]本发明提高粒子成像质量方法的另一个方面是，在所述样本液体和鞘液流速基本相同的前提下，由于粒子成像室结构的不对称，使得样本液体两侧的鞘液流动的距离和所受的阻力不尽相同，因此样本液体在进入拍摄区域时会偏离流通通道的中心，本方法通过调整样本注入管的位置，使样本液体进入拍摄区域时基本处于流通通道的中心，从而抑制样本液体中粒子的翻滚。
[0013]本发明粒子成像室的设计方法，包括下列步骤:
[0014]I)、确定光学系统的景深，2)、根据加工工艺所能达到的最小尺寸确定粒子成像室成像区的尺寸和样本液体入口尺寸，3)、根据质量守恒计算得出粒子成像室流体通道尺寸，
4)、以保证样本液体加速度在合理范围内为原则，通过理论分析和仿真计算确定曲面形状和尺寸，5)、根据粒子成像室的结构和尺寸，优化样本液体进入流体通道的位置。
[0015]本发明的有益效果:提出一种粒子成像室，通过对粒子成像室内部流体通道的精确计算，给出曲线参数，使该流体通道的形状能有效的减少液体流动过程中拉伸力和加速度过大引起的粒子损坏；同时采用控制液体流量的方式保证液体流速的一致性，减少粒子的卷曲和弯折；再通过调整样本注入管的位置，使样本液体进入拍摄区域时基本处于流体通道的中心，从而抑制样本液体中粒子的翻滚，提高了粒子分析的准确性。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是本发明的粒子成像室的斜侧示意图；
[0017]图2是本发明粒子成像室不同类型曲面通道壁面对比图；
[0018]图3是本发明粒子成像室的流体通道尺寸示意图；
[0019]图4A是四种类型曲面所构成粒子成像室内的样本液体流动速度对比曲线；
[0020]图4B是四种类型曲面所构成粒子成像室内的样本液体流动加速度对比曲线；
[0021]图5是样本注入管在中央时的样本路径仿真计算结果图；
[0022]图6是样本注入管向平直通道壁面平移0.6mm时的样本路径仿真计算结果图。【具体实施方式】
[0023]本发明提出了一种粒子成像室，用于获得被外层液体包裹而引导流动的样本液体中粒子的影像。该粒子成像室的内腔通道形状经过设计，优化液体运动的加速曲线，能够降低鞘液与样本之间的剪切力，减少样本中粒子的运动损坏。
[0024]所述粒子成像室如图1所示，包括平直通道壁面I，曲面通道壁面2，通道侧壁面3，两个通道侧壁面所形成的中空的流体通道4，鞘液隔离器5，样本注入管6，第一鞘液注入管7，第二鞘液注入管8，废液排出管9。所述鞘液隔离器5，与两个通道侧壁面3相连接，所述样本注入管6，穿过鞘液隔离器5内部，其开口处具有扁平形状，所述第一鞘液注入管7与第二鞘液注入管8，分别位于鞘液隔离器5的两侧。所述曲面通道壁面2，具有圆弧型、余弦函数型、三次以上多项式型的曲面类型，使通道壁面的截面积变化率连续，能够使通道内流动的液体流速变化率连续，不产生突变。
[0025]所述曲面通道壁面2，优先采用圆弧型。
[0026]粒子成像室的功能是运送样本中的粒子到光学系统的镜头前，使光学系统能够采集到粒子的图像。鞘液和样本进入粒子成像室后，流动速度、方向等状态发生变化，最终使样本液体流过粒子成像室的成像区时，得到位置合理、厚度合理的样本层，从而使样本液体内的粒子能够清晰的成像。粒子成像室的内部流体通道的形状、尺寸对于其内流动的样本液体和粒子存在影响，设计合理的粒子成像室，使其内部液体的流动状态平稳地变化，最终在成像区得到符合测试需求的流动状态，而不尽合理的通道形状、尺寸，会使流体通道内流动的液体的流动状态发生不合理的变化，影响粒子成像效果。
[0027]为在粒子成像室的成像区得到厚度合理的样本层，首先需要确定粒子成像室的流体通道尺寸。根据质量守恒定律，在所研究的系统内的流体质量没有增加也没有减少的情况下，流入系统的流体质量等于流出系统的流体质量。当流体是不可压缩流体，也就是流体密度一定的情况下，可以认为流入系统的流体体积等于流出系统的流体体积。如图2所示，有如下公式:
【权利要求】
1.一种粒子成像室，其特征在于:包括曲面通道壁面、平直通道壁面和两个通道侧壁面所形成的中空的流体通道，鞘液隔离器、样本注入管、第一鞘液注入管、第二鞘液注入管、废液排出管。所述鞘液隔离器，与两个通道侧壁面相连接，所述样本注入管，穿过鞘液隔离器内部，其开口处具有扁平形状，所述第一鞘液注入管，与第二鞘液注入管，分别位于鞘液隔离器的两侧；所述鞘液隔离器两侧的鞘液，一侧为具有第一流量的从第一鞘液注入管注入的鞘液，另一侧为具有第二流量的从第二鞘液注入管注入的鞘液；具有两种流量的鞘液从两侧包夹住从所述鞘液隔离器的开口处流出的样本液体，使样本液体沿着希望的路径运动，进入所述粒子成像室的成像区域；所述曲面通道壁面，采用圆弧型、余弦函数型、三次以上多项式型的曲面类型。
2.根据权利要求1所述的粒子成像室，其特征在于:所述曲面通道壁面采用圆弧型。
3.根据如权利要求1所述的粒子成像室，其特征在于:第一鞘液注入管、第二鞘液注入管分别用于鞘液注入，使鞘液分别具有第一流量和第二流量，鞘液隔离器用于样本液体的注入，使样本液体具有第三流量，具有第一流量的鞘液和具有第二流量的鞘液分别位于具有第三流量的样本液体两侧。
4.如权利要求1所述粒子成像室的设计方法，其特征在于包括下列步骤: 1)确定光学系统的景深； 2)根据加工工艺所能达到的最小尺寸确定粒子成像室成像区的尺寸和样本液体入口尺寸； 3)根据质量守恒计算得出粒子成像室流体通道尺寸； 4)以保证样本液体加速度在合理范围内为原则，通过理论分析和仿真计算确定曲面形状和尺寸； 5)根据粒子成像室的结构和尺寸，优化样本液体进入流体通道的位置。
【文档编号】G01N21/01GK103558153SQ201310533096
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年10月31日 优先权日:2013年10月31日
【发明者】孙健, 牛振兴, 石欣, 赵越 申请人:长春迪瑞医疗科技股份有限公司